算法设计与分析实验报告贪心算法

算法设计与分析中的贪心算法与回溯法算法设计与分析领域中，贪心算法和回溯法是两种常用的解题方法。

本文将介绍这两种算法，并比较它们在不同场景下的优势和劣势。

一、贪心算法贪心算法是一种在每一步都选择当前最优解的策略，希望通过局部最优解的选择最终达到全局最优解。

贪心算法的实现较为简单，时间复杂度较低，适用于解决一些最优化问题。

贪心算法的基本思想是每次都选择当前状态下的最优解，并将其加入到解集中。

例如，在求解最小生成树的问题中，贪心算法会选择当前具有最小权值的边，并将其添加到最终结果中，直到生成树完成。

然而，贪心算法的局限性在于它只考虑了当前的最优解，无法保证找到全局最优解。

在某些问题中，贪心算法可能会陷入局部最优解而无法跳出。

因此，需要在具体问题中综合考虑问题的性质和约束条件来确定是否适合采用贪心算法。

二、回溯法回溯法是一种通过不断尝试可能的步骤来寻找问题解的方法。

它通常基于递归的思想，在每一步都尝试所有的可能选择，并逐步构建解空间，直到找到解或确定无解。

回溯法的核心思想是深度优先搜索，通过遍历解空间树来寻找解。

在每一步，回溯法都会考虑当前状态下的所有可能选择，并递归地进入下一步。

如果某一步的选择无法达到目标，回溯法会回退到上一步进行其他可能的选择。

回溯法常用于解决一些全排列、子集和组合等问题。

例如，在解决八皇后问题时，回溯法通过逐个放置皇后并进行合法性判断，直到找到所有解或遍历完所有可能的情况为止。

然而，回溯法的缺点在于其时间复杂度较高，其搜索过程包含了大量的重复计算。

因此，在使用回溯法解决问题时，需注意适当剪枝以减少搜索空间，提高算法效率。

三、贪心算法与回溯法的比较贪心算法和回溯法都是常用的算法设计与分析方法，但其适用场景和效果有所差异。

贪心算法在解决问题时能够快速找到局部最优解，并且具有较低的时间复杂度。

它适用于一些满足最优子结构性质的问题，例如最小生成树、单源最短路径等。

然而，贪心算法无法保证一定能找到全局最优解，因此需根据具体问题的特点来判断是否使用。

实验3贪心算法（定稿）第一篇：实验3 贪心算法（定稿）《算法设计与分析》实验报告实验3贪心算法姓名学号班级实验日期实验地点一、实验目的1、掌握贪心算法的设计思想。

2、理解最小生成树的相关概念。

二、实验环境1、硬件环境 CPU：酷睿i5 内存：4GB 硬盘：1T2、软件环境操作系统：Windows10 编程环境：jdk 编程语言：Java三、实验内容：在Prim算法与Kruskal算法中任选一种求解最小生成树问题。

1、你选择的是：Prim算法2、数据结构（1）图的数据结构——图结构是研究数据元素之间的多对多的关系。

在这种结构中，任意两个元素之间可能存在关系，即结点之间的关系可以是任意的，图中任意元素之间都可能相关。

图形结构——多个对多个，如（2）树的数据结构——树结构是研究数据元素之间的一对多的关系。

在这种结构中，每个元素对下(层)可以有0个或多个元素相联系，对上(层)只有唯一的一个元素相关，数据元素之间有明显的层次关系。

树形结构——一个对多个，如3、算法伪代码 Prim(G,E,W)输入：连通图G 输出：G的最小生成树T 1.S←{1};T=∅ 2.While V-S ≠∅ do3.从V-S中选择j使得j到S中顶点的边e的权最小；T←T∪{e}4.S←S∪{j}3、算法分析时间复杂度：O(n)空间复杂度：O(n^2)4、关键代码（含注释）package Prim;import java.util.*;publicclass Main { staticintMAXCOST=Integer.MAX_VALUE;staticint Prim(intgraph[][], intn){ /* lowcost[i]记录以i为终点的边的最小权值，当lowcost[i]=0时表示终点i加入生成树 */ intlowcost[]=newint[n+1];/* mst[i]记录对应lowcost[i]的起点，当mst[i]=0时表示起点i加入生成树 */ intmst[]=newint[n+1];intmin, minid, sum = 0;/* 默认选择1号节点加入生成树，从2号节点开始初始化*/ for(inti = 2;i<= n;i++){/* 标记1号节点加入生成树 */ mst[1] = 0;/* n个节点至少需要n-1条边构成最小生成树 */ for(inti = 2;i<= n;i++){/* 找满足条件的最小权值边的节点minid */ for(intj = 2;j<= n;j++){/* 输出生成树边的信息:起点，终点，权值 */System.out.printf(“%c1, minid + 'A''A' + 1;intj = chy-'A' + 1;graph[i][j] = cost;graph[j][i] = cost;for(intj = 1;j<= n;j++){ } graph[i][j] = MAXCOST;} } System.out.println(”Total:"+cost);} }5、实验结果（1）输入（2）输出最小生成树的权值为：生成过程：(a)(b)(d)(e)(c)四、实验总结（心得体会、需要注意的问题等）这次实验，使我受益匪浅。

贪心算法实验报告贪心算法实验报告引言：贪心算法是一种常用的算法设计策略，它通常用于求解最优化问题。

贪心算法的核心思想是在每一步选择中都选择当前最优的解，从而希望最终能够得到全局最优解。

本实验旨在通过实际案例的研究，探索贪心算法的应用和效果。

一、贪心算法的基本原理贪心算法的基本原理是每一步都选择当前最优解，而不考虑整体的最优解。

这种贪婪的选择策略通常是基于局部最优性的假设，即当前的选择对于后续步骤的选择没有影响。

贪心算法的优点是简单高效，但也存在一定的局限性。

二、实验案例：零钱兑换问题在本实验中，我们以零钱兑换问题为例，来说明贪心算法的应用。

问题描述：假设有不同面值的硬币，如1元、5元、10元、50元和100元，现在需要支付给客户x元，如何用最少的硬币数完成支付？解决思路：贪心算法可以通过每次选择当前面值最大的硬币来求解。

具体步骤如下：1. 初始化一个空的硬币集合，用于存放选出的硬币。

2. 从面值最大的硬币开始，如果当前硬币的面值小于等于待支付金额，则将该硬币放入集合中，并将待支付金额减去该硬币的面值。

3. 重复步骤2，直到待支付金额为0。

实验过程：以支付金额为36元为例，我们可以通过贪心算法求解最少硬币数。

首先，面值最大的硬币为100元，但36元不足以支付100元硬币，因此我们选择50元硬币。

此时，剩余待支付金额为36-50=-14元。

接下来，面值最大的硬币为50元，但待支付金额为负数，因此我们选择下一个面值最大的硬币，即10元硬币。

此时，剩余待支付金额为-14-10=-24元。

继续选择10元硬币，剩余待支付金额为-24-10=-34元。

再次选择10元硬币，剩余待支付金额为-34-10=-44元。

最后，选择5元硬币，剩余待支付金额为-44-5=-49元。

由于待支付金额已经为负数，我们无法继续选择硬币。

此时，集合中的硬币数为1个50元和3个10元，总共4个硬币。

实验结果：通过贪心算法，我们得到了36元支付所需的最少硬币数为4个。

算法分析与设计实验二贪心算法贪心算法是一种基于贪心策略的求解问题的方法，该方法在每一步都采取最优的选择，从而最终得到全局最优解。

本实验将介绍贪心算法的概念、特点以及实际应用。

1.贪心算法的概念和特点贪心算法是一种求解问题的策略，它在每一步都做出局部最优选择，以期望最终得到全局最优解。

它不考虑每一步选择的长远影响，而只关注眼前能得到的最大利益。

贪心算法有以下特点：1.1.子问题的最优解能够推导父问题的最优解：贪心算法解决的问题具有最优子结构，即问题的最优解包含其子问题的最优解。

1.2.贪心选择性质：通过选择当前最优解，可以得到局部最优解。

1.3.无后效性：当前选择的最优解不会对以后的选择产生影响。

2.实际应用2.1.背包问题背包问题是一个经典的优化问题，贪心算法可以用于解决背包问题的一种情况，分数背包问题。

在分数背包问题中，物品可以被分割成任意大小，而不仅仅是0和1两种状态，因此可以通过贪心算法求解。

2.2.最小生成树问题最小生成树问题是求解连通带权图的一种最优生成树的问题。

其中，普里姆算法和克鲁斯卡尔算法就是贪心算法的典型应用。

2.3.哈夫曼编码哈夫曼编码是一种用于对信息进行无损压缩的方法，它可以将出现频率较高的字符用较短的二进制编码表示。

贪心算法可以在构建哈夫曼树的过程中选择出现频率最低的两个字符进行合并。

3.贪心算法的设计步骤3.1.理解问题并找到最优解的子结构。

3.2.根据问题特点设计贪心策略。

3.3.利用贪心策略进行求解，并逐步推导得到全局最优解。

3.4.对求得的解进行检验，确保其满足问题的要求。

4.贪心算法的优缺点4.1.优点：贪心算法简单直观，易于实现和理解；对于一些问题，贪心算法可以得到全局最优解。

4.2.缺点：贪心算法无法保证得到问题的全局最优解；贪心策略的选择可能不唯一综上所述，贪心算法是一种基于贪心策略的求解问题的方法，通过每一步的局部最优选择，期望得到全局最优解。

贪心算法具有明显的优点和缺点，在实际应用中可以有效地解决一些问题。

算法分析与设计实验二贪心算法实验二：贪心算法【实验目的】应用贪心算法求解活动安排问题。

【实验性质】验证性实验。

【实验要求】活动安排问题是可以用贪心算法有效求解的很好的例子。

问题：有n个活动的集合A={1,2,…,n}，其中每个活动都要求使用同一资源，如演讲会场等，而在同一时间内只有一个活动能使用这一资源。

求解：安排尽量多项活动在该场地进行，即求A的最大相容子集。

设待安排的11个活动的开始时间和结束时间按结束时间的升序排列如下： i 1 2 35 3 06 4 57 5 38 6 59 7 6 10 8 8 11 9 8 12 10 2 13 11 12 14 s[i] 1 f[i] 4将此表数据作为实现该算法的测试数据。

【算法思想及采用的数据结构】【程序代码】【运行结果】【算法分析和心得体会】附加题：【实验要求】需要在某个城市的n个居民区之间铺设煤气管道，则在这n个居民区之间只要铺设n-1条管道即可。

假设任意两个居民区之间都可以架设管道，但由于地理环境的不同，所需经费不同。

选择最优的施工方案能使总投资尽可能少，这个问题即为求网的“最小生成树”问题。

参照以下居民区示意图，使得求解算法为：在可能架设的m条管道中选取n-1条，既能连通n-1个居民区，有使总投资达到“最小”。

网可采用邻接矩阵为存储结构，以定点对（i,j）的形式输出最小生成树的边。

D 23.1 675.9 C 41.1 56B A 38.2 441218.2 I 8.7 H 52.5 G 10.5E 98.7 居民区示意图 85F 79应用贪心算法策略，采用普里姆算法或Kruskal算法来求解居民区示意图的最小生成树，采用合适的数据结构。

用C语言或C++语言编写程序代码，选上述居民区示意图中的数据作为测试数据。

并调试输出正确结果。

【算法思想及采用的数据结构】【程序代码】【运行结果】【算法分析和心得体会】感谢您的阅读，祝您生活愉快。

《算法设计与分析》课程实验报告实验序号：07实验项目名称：实验8 贪心算法（一）一、实验题目1.删数问题问题描述：键盘输入一个高精度的正整数N（不超过250 位），去掉其中任意k个数字后剩下的数字按原左右次序将组成一个新的非负整数。

编程对给定的N 和k，寻找一种方案使得剩下的数字组成的新数最小。

若输出前有0则舍去2.区间覆盖问题问题描述：设x1,x2,...xn是实轴上的n个点。

用固定长度为k的闭区间覆盖n个点，至少需要多少个这样的固定长度的闭区间？请你设计一个有效的算法解决此问题。

3.会场安排问题问题描述：假设要在足够多的会场里安排一批活动，并希望使用尽可能少的会场。

设计一个有效的贪心算法进行安排。

（这个问题实际上是著名的图着色问题。

若将每一个活动作为图的一个顶点，不相容活动间用边相连。

使相邻顶点着有不同颜色的最小着色数，相应于要找的最小会场数。

）4.导弹拦截问题问题描述：某国为了防御敌国的导弹袭击，发展出一种导弹拦截系统。

但是这种导弹拦截系统有一个缺陷：虽然它的第一发炮弹能够到达任意的高度，但是以后每一发炮弹都不能高于前一发的高度。

某天，雷达捕捉到敌国的导弹来袭。

由于该系统还在试用阶段，所以只有一套系统，因此有可能不能拦截所有的导弹。

给定导弹依次飞来的高度（雷达给出的高度数据是≤50000的正整数），计算这套系统最多能拦截多少导弹，如果要拦截所有导弹最少要配备多少套这种导弹拦截系统。

二、实验目的（1）通过实现算法，进一步体会具体问题中的贪心选择性质，从而加强对贪心算法找最优解步骤的理解。

（2）掌握通过迭代求最优的程序实现技巧。

（3）体会将具体问题的原始数据预处理后（特别是以某种次序排序后），常能用贪心求最优解的解决问题方法。

三、实验要求（1）写出题1的最优子结构性质、贪心选择性质及相应的子问题。

（2）给出题1的贪心选择性质的证明。

（3）（选做题）：写出你的算法的贪心选择性质及相应的子问题，并描述算法思想。

一、实验背景贪心算法是一种在每一步选择中都采取当前状态下最好或最优的选择，从而希望导致结果是全局最好或最优的算法策略。

贪心算法并不保证能获得最优解，但往往能获得较好的近似解。

在许多实际应用中，贪心算法因其简单、高效的特点而被广泛应用。

本实验旨在通过编写贪心算法程序，解决经典的最小生成树问题，并分析贪心算法的优缺点。

二、实验目的1. 理解贪心算法的基本原理和应用场景；2. 掌握贪心算法的编程实现方法；3. 分析贪心算法的优缺点，并尝试改进；4. 比较贪心算法与其他算法在解决最小生成树问题上的性能。

三、实验内容1. 最小生成树问题最小生成树问题是指：给定一个加权无向图，找到一棵树，使得这棵树包含所有顶点，且树的总权值最小。

2. 贪心算法求解最小生成树贪心算法求解最小生成树的方法是：从任意一个顶点开始，每次选择与当前已选顶点距离最近的顶点，将其加入生成树中，直到所有顶点都被包含在生成树中。

3. 算法实现（1）数据结构- 图的表示：邻接矩阵- 顶点集合：V- 边集合：E- 已选顶点集合：selected- 最小生成树集合：mst（2）贪心算法实现```def greedy_mst(graph):V = set(graph.keys()) # 顶点集合selected = set() # 已选顶点集合mst = set() # 最小生成树集合for i in V:selected.add(i)mst.add((i, graph[i]))while len(selected) < len(V):min_edge = Nonefor edge in mst:u, v = edgeif v not in selected and (min_edge is None or graph[u][v] < graph[min_edge[0]][min_edge[1]]):min_edge = edgeselected.add(min_edge[1])mst.add(min_edge)return mst```4. 性能分析为了比较贪心算法与其他算法在解决最小生成树问题上的性能，我们可以采用以下两种算法：（1）Prim算法：从任意一个顶点开始，逐步添加边，直到所有顶点都被包含在生成树中。